[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halterung zur Fixierung einer Turbinenschaufel
in einer Beschichtungsvorrichtung, mit einem Gehäuse, das eine Öffnung aufweist, durch
welche der Schaufelfuß der Turbinenschaufel derart in das Gehäuse einsetzbar ist,
dass die Turbinenschaufel mit ihrem sich an den Schaufelfuß anschließenden, zu beschichtenden
Schaufelblatt aus dem Gehäuse herausragt, wobei in dem Gehäuse Positionierelemente
und/oder Spanneinrichtungen vorgesehen sind, um den in das Gehäuse eingesetzten Schaufelfuß
zu positionieren und in der positionierten Lage zu fixieren.
[0002] Hochbelastete Werkstücke wie beispielsweise Leit- und Laufschaufeln für Gasturbinen
werden zur Verbesserung ihrer Temperatur- und/oder Abrasionsfestigkeit mit hierfür
geeigneten Metallen, Metalllegierungen oder Keramiken beschichtet. Die Beschichtung
kann mittels unterschiedlicher thermischer Beschichtungsverfahren erfolgen. Beispiele
für solche Verfahren sind das atmosphärische Plasmaspritzen (APS) sowie das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen
(HVOF) (vgl.
Ullmanns Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 2003, Band 21, S. 573 und 575).
[0003] Bei Turbinenschaufeln werden nur die Schaufelblätter, welche beim späteren Einsatz
dem durchströmenden Medium ausgesetzt sind, beschichtet, während der Schaufelfuß unbeschichtet
bleibt und während des Beschichtungsprozesses in einer Halterung fixiert und abgedeckt
wird. Hierzu besitzt die Halterung ein Gehäuse mit einer Öffnung, durch welche die
Turbinenschaufel mit ihrem Schaufelfuß in das Gehäuse eingesetzt wird; so dass sie
mit dem zu beschichtenden Schaufelblatt aus der Öffnung des Gehäuses herausragt. Der
Schaufelfuß wird in dem Gehäuse durch entsprechende Positionierelemente sowie Spanneinrichtungen
ausgerichtet und fixiert.
[0004] Ein Problem hierbei ist, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen, Verschleiß und thermischem
Verzug im Betrieb die Position der in der Halterung fixierten Turbinenschaufel nicht
exakt festgelegt ist und insbesondere von Halterung zu Halterung variieren kann. Diese
individuellen Abweichungen der Bauteilposition, welche sich aufgrund von Winkelfehlern
mit zunehmendem Abstand von der Einspannstelle verstärken, können zu einer unerwünschten,
ungleichmäßigen Verteilung der Schichteigenschaften und insbesondere der Schichtdicke
führen, wenn während des Beschichtungsvorgangs der Beschichtungsroboter gegenüber
den Halterungen auf einer programmierten Bahn bewegt wird.
[0005] Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, werden die bestehenden Halterungen in kurzen
Intervallen ausgetauscht mit dem Zweck, verschleißbedingten Positionsungenauigkeiten
entgegenzuwirken. Des Weiteren werden die Beschichtungsergebnisse ausgewertet und
die Roboterverfahrwege sowie Beschichtungsparameter entsprechend korrigiert bzw. beeinflusst.
Dies ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden.
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halterung der eingangs
genannten Art anzugeben, mit welcher eine hochgenaue Bauteilpositionierung möglich
ist.
[0007] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Positionierelemente und/oder
die Spanneinrichtungen verstellbar sind, so dass die Spannposition der Turbinenschaufel
justierbar ist.
[0008] Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Verstellmöglichkeiten können individuelle
Positionsabweichungen der in den Halterungen gespannten Turbinenschaufeln in Bezug
auf die Roboterbahn der Beschichtungsvorrichtung deutlich verringert werden mit dem
Ergebnis, dass die Schichtqualität und insbesondere die Schichtdicke geringen Schwankungen
unterliegt und dadurch reproduzierbarer wird. Des Weiteren können auch große Turbinenschaufeln
mit kostengünstigen Vorrichtungen beschichtet werden, weil die Fertigungstoleranzen
herabgesetzt werden können. Im Übrigen können Verschleiß, thermischer Verzug und andere
nutzungsbedingte Fehlergrößen der Halterungen bei Kontrollmessungen auf einfache Weise
durch Nachstellungen ausgeglichen werden.
[0009] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Positionierelemente
und/oder die Spanneinrichtungen Positionierbolzen aufweisen, die in den Gehäuseboden
und/oder in die Seitenwandungen des Gehäuses verstellbar eingeschraubt und an gewünschter
Position beispielsweise mittels Konterschrauben gesichert werden können. Die Positionierelemente
können dabei Auf- und/oder Anlageflächen aufweisen, welche an die Kontur der zu positionierenden
Schaufelfüße angepasst sind.
[0010] Ebenso ist es möglich, die Positionierelemente und/oder die Spanneinrichtung in Längsschlitzen
des Gehäusebodens und/oder der Gehäusewandungen verstellbar zu halten, wobei die Positionierelemente
in diesem Fall derart keilförmig ausgebildet sein können, dass durch eine Längsverschiebung
des Positionierelements der Abstand seine Auf- oder Anlagefläche von der korrespondierenden
Gehäusewandung oder dem Gehäuseboden eingestellt werden kann.
[0011] Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche
sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung verwiesen.
[0012] In der Zeichnung zeigt
- Figur 1
- eine erste Halterung zur Fixierung einer Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung
in perspektivischer Darstellung,
- Figur 2
- die Halterung aus Figur 1 in einer Seitenansicht,
- Figur 3
- die Halterung aus Figur 1 in Draufsicht,
- Figur 4
- die Halterung im Schnitt entlang der Linie A-A aus Figur 3,
- Figur 5
- eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterung in perspektivischer
Vorderansicht,
- Figur 6
- die Halterung aus Figur 5 in Seitenansicht,
- Figur 7
- die Halterung aus Figur 5 in perspektivischer Explosionsansicht,
- Figur 8
- die Halterung aus Figur 5 in Draufsicht,
- Figur 9
- eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterung in perspektivischer
Darstellung,
- Figur 10
- die Halterung aus Figur 9 in Vorderansicht, und
- Figur 11
- die Halterung aus Figur 10 in Draufsicht.
[0013] In den Figuren 1 bis 4 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterung
vorgesehen, um eine Turbinenschaufel in beispielsweise einer thermischen Beschichtungsvorrichtung
zu fixieren. Die Halterung besitzt ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 1 mit
einem Gehäuseboden 2, das an seiner Unterseite einen Gehäusefuß 3 zur Anbringung an
der Beschichtungsvorrichtung trägt, zwei Gehäusestirnwände 4 und zwei Gehäuseseitenwände
5. Die Oberseite des Gehäuses 1 ist offen ausgebildet und definiert eine begrenzte
Öffnung 7, durch welche der Schaufelfuß einer einzuspannenden Turbinenschaufel in
das Gehäuse 1 eingesetzt werden kann.
[0014] Wie insbesondere in den Figuren 3 und 4 gut erkennbar ist, sind in den beiden Gehäusestirnwänden
4, den Gehäuseseitenwänden 5 sowie dem Gehäuseboden 2 insgesamt sieben Positionierelemente
8 vorgesehen, die dazu dienen, einen in das Gehäuse 1 eingesetzten Schaufelfuß zu
positionieren und zu fixieren. Die Positionierelemente 8 besitzen jeweils einen Positionierbolzen
9, welcher eine Öffnung in der jeweiligen Gehäusewandung 2, 4, 5 durchgreift und beidseitig
der Gehäusewandung 2, 4, 5 jeweils eine Schraubenmutter 6 trägt, über welche der Positionierbolzen
9 an dem Gehäuse 1 fixiert werden kann. Die Positionierbolzen 9 bilden an ihren in
das Gehäuse 1 ragenden Stirnflächen jeweils Auf- bzw. Anlageflächen 10, um einen in
das Gehäuse 1 eingesetzten Schaufelfuß in dem Gehäuse 1 zu positionieren und fixieren.
Dabei wird der Schaufelfuß an seiner Unterseite durch die Auflageflächen 10 der beiden
in dem Gehäuseboden 2 vorgesehenen Positionierelemente 8 abgestützt, während die Positionierelemente
8, welche in den Gehäusestirnwänden 4 und den Gehäuseseitenwänden 5 vorgesehen sind,
den Schaufelfuß stirnseitig und seitlich abstützen. Dabei kann die Position der Auf-
und Anlageflächen 10 der Positionierelemente 8 verändert werden, indem die Positionierbolzen
9 in ihrer Längsrichtung verstellt werden. Hierzu brauchen lediglich die Schraubenmuttern
9a gelöst und nach erfolgter Positionierung wieder festgezogen zu werden.
[0015] In den Figuren 5 bis 8 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterung
dargestellt. Diese besitzt den gleichen Grundaufbau wie die erste Ausführungsform
mit einem etwa quaderförmigen Gehäuse 1, das an seiner Oberseite eine Öffnung 7 aufweist,
durch welche der Schaufelfuß einer Turbinenschaufel in das Gehäuse 1 eingesetzt werden
kann.
[0016] Wie in der Figur 7 gut erkennbar ist, kann zusätzlich eine Gehäuseseitenwand 5 gelöst
werden, so dass der Schaufelfuß auch von der Seite her in das Gehäuse 1 eingeschoben
werden kann. Die lösbare Gehäuseseitenwand 5 ist dabei mit der gegenüberliegenden
Gehäuseseitenwand 5 durch einen Spannbolzen 11 verspannt. Der Spannbolzen 11 wird
in Querrichtung durch das Gehäuse 1 gesteckt und trägt an den herausragenden Enden
je eine Schraubenmutter 12.
[0017] Die Positionierung eines in das Gehäuse 1 eingesetzten Schaufelfußes erfolgt bei
dieser Ausführungsform durch vier Positionierelemente 8, welche an dem Gehäuseboden
2 vorgesehen sind. Dabei ist ein Paar von Positionierelementen 8, welche im Bereich
der höheren Gehäusestirnwand 4 vorgesehen sind, in gleicher Weise wie die Positionierelemente
8 der ersten Ausführungsform als Positionierbolzen 9 ausgebildet, welche an ihrer
Oberseite eine Auflagefläche 10 definieren und an dem Gehäuseboden 2 mittels zwei
Schraubenmuttern 6 verstellbar fixiert sind.
[0018] Die im Bereich der niedrigeren Gehäusestirnwand 4 vorgesehenen beiden Positionierelemente
8 besitzen ebenfalls Positionierbolzen 9, welche durch Schraubenmuttern 6 an dem Gehäuseboden
2 verstellbar angebracht sind. Die Auflageflächen 10 sind hier jedoch an diskreten
Auflageelementen 13 ausgebildet, welche an den in das Gehäuse 1 hineinragenden Endbereichen
der Positionierbolzen 9 angebracht sind. Die Auflageflächen 10 der Auflageelemente
13 sind an die Form des zu positionierenden Schaufelfußes angepasst ausgebildet, so
dass sie den Schaufelfuß nicht nur von der Unterseite her, sondern auch seitlich abstützen.
[0019] In den Figuren 9 bis 11 ist schließlich eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Halterung dargestellt. Das Gehäuse 1 dieser Halterung ist hier in ähnlicher Weise
wie das Gehäuse 1 der zweiten Ausführungsform ausgebildet und besitzt eine quaderartige
Grundform, wobei die eine Gehäusestirnwand 4 höher als die andere Gehäusestirnwand
4 ausgebildet ist, so dass der Öffnungsrand geneigt ist. Auch hier ist eine Gehäuseseitenwand
5 von dem Gehäuse lösbar vorgesehen und durch zwei Spannbolzen 11 mit je zwei Schraubenmuttern
12 mit der gegenüberliegenden Gehäuseseitenwand 5 verspannt.
[0020] In der niedrigeren Gehäusestirnwand 4 sind zwei Positionierelemente 8 vorgesehen,
die in gleicher Weise wie die Positionierelemente 8 der ersten Ausführungsform als
Positionierbolzen 9 ausgebildet sind, welche an ihrer Oberseite eine Auflagefläche
10 definieren und an der Gehäusestirnwand 4 mittels zwei Schraubenmuttern 6 verstellbar
fixiert sind.
[0021] In der höheren Gehäusestirnwand 4 und in dem Gehäuseboden 2 sind jeweils Paare von
Positionierelementen 8 vorgesehen, welche in Schlitzen 14 verstellbar geführt werden.
Die Auflageflächen 10 sind hier an Keilelementen 15 ausgebildet, so dass durch eine
Längsverstellung der Keilelemente 15 in den Längsschlitzen 14 die Höhe der Auflagefläche
10 an einer vorgegebenen Abstützposition veränderbar ist.
[0022] Dadurch, dass bei den erfindungsgemäßen Halterungen die Positionierelemente 8 verstellbar
sind, können individuelle Positionsabweichungen der in den Halterungen gespannten
Turbinenschaufel in Bezug auf eine Roboterbahn verringert werden. Dabei kann die Justierung
der Positionierelemente einer Halterung durch ein markiertes Musterbauteil erfolgen,
welches in die Halterung eingesetzt wird, sowie anhand fester Bezugspunkte, die beispielsweise
über einen feststehenden Rahmen oder eine Koordinatenmessmaschine festgelegt werden
können.
1. Halterung zur Fixierung einer Turbinenschaufel in einer Beschichtungsvorrichtung,
mit einem Gehäuse (1), das eine Öffnung (7) aufweist, durch welche der Schaufelfuß
der Turbinenschaufel derart in das Gehäuse einsetzbar ist, dass die Turbinenschaufel
mit ihrem sich an den Schaufelfuß anschließenden, zu beschichtenden Schaufelblatt
aus dem Gehäuse (1) herausragt, wobei in dem Gehäuse (1) Positionierelemente (8) und/oder
Spanneinrichtungen vorgesehen sind, um den in das Gehäuse (1) eingesetzten Schaufelfuß
zu positionieren und in der positionierten Lage zu fixieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierelemente (8) und/oder die Spanneinrichtungen verstellbar sind, so dass
die Spannposition der Turbinenschaufel justierbar ist.
2. Halterung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierelemente (8) an die Kontur der Schaufelfüße angepasste Auf- und/oder
Anlageflächen (10) aufweisen.
3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierelemente (8) und/oder die Spanneinrichtungen Positionierbolzen (9)
aufweisen, die in den Gehäuseboden (2) und/oder in die Seitenwandungen (4, 5) des
Gehäuses (1) verstellbar eingeschraubt und an gewünschter Position gesichert werden
können.
4. Halterung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierelemente (8) und/oder die Spanneinrichtungen in Längsschlitzen (7)
des Gehäusebodens (2) und/oder der Gehäusewandungen (4, 5) verstellbar gehalten sind.
5. Halterung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Positionierelement (8) derart keilförmig ausgebildet ist, dass durch
eine Längsverschiebung des Positionierelements (8) der Abstand seiner Auf- oder Anlagefläche
von der korrespondierenden Gehäusewandung (4, 5) oder dem Gehäuseboden (2) eingestellt
werden kann.
6. Verfahren zur Justierung einer Halterung gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
bei welchem ein markiertes Musterbauteil in die Halterung eingesetzt und mittels Verstellung
der Positionierelemente und/oder Spanneinrichtungen anhand externer Bezugspunkte positioniert
und eingespannt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die externen Bezugspunkte über einen feststehenden Rahmen oder eine Koordinatenmessmaschine
festgelegt werden.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.
1. Halterung zur Fixierung einer Turbinenschaufel in einer Beschichtungsvorrichtung,
mit einem Gehäuse (1), das eine Öffnung (7) aufweist, durch welche der Schaufelfuß
der Turbinenschaufel derart in das Gehäuse einsetzbar ist, dass die Turbinenschaufel
mit ihrem sich an den Schaufelfuß anschließenden, zu beschichtenden Schaufelblatt
aus dem Gehäuse (1) herausragt, wobei in dem Gehäuse (1) Positionierelemente (8) und/oder
Spanneinrichtungen vorgesehen sind, um den in das Gehäuse (1) eingesetzten Schaufelfuß
zu positionieren und in der positionierten Lage zu fixieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionierelemente (8) und/oder die Spanneinrichtungen verstellbar sind, so
dass die Spannposition der Turbinenschaufel justierbar ist und dass die Positionierelemente
(8) und/oder die Spanneinrichtungen in Längsschlitzen (7) des Gehäusebodens (2) und/oder
der Gehäusewandungen (4, 5) verstellbar gehalten sind.
2. Halterung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierelemente (8) an die Kontur der Schaufelfüße angepasste Auf- und/oder
Anlageflächen (10) aufweisen.
3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierelemente (8) und/oder die Spanneinrichtungen Positionierbolzen (9)
aufweisen, die in den Gehäuseboden (2) und/oder in die Seitenwandungen (4, 5) des
Gehäuses (1) verstellbar eingeschraubt und an gewünschter Position gesichert werden
können.
4. Halterung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Positionierelement (8) derart keilförmig ausgebildet ist,
dass durch eine Längsverschiebung des Positionierelements (8) der Abstand seiner Auf-
oder Anlagefläche von der korrespondierenden Gehäusewandung (4, 5) oder dem Gehäuseboden
(2) eingestellt werden kann.
5. Verfahren zur Justierung einer Halterung gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
bei welchem ein markiertes Musterbauteil in die Halterung eingesetzt und mittels Verstellung
der Positionierelemente und/oder Spanneinrichtungen anhand externer Bezugspunkte positioniert
und eingespannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die externen Bezugspunkte über einen feststehenden Rahmen oder eine Koordinatenmessmaschine
festgelegt werden.